本發(fā)明屬于電池安全，具體而言，涉及一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法。
背景技術(shù)：
1、鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電化學(xué)儲能等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中由于電熱濫用等問題，鋰離子電池可能發(fā)生熱失控，并伴隨劇烈的氣體、固體噴射過程。已有研究指出，三元鋰離子電池?zé)崾Э貒娚溥^程產(chǎn)生的噴射顆粒物可降低環(huán)境擊穿電壓，導(dǎo)致電弧發(fā)生甚至多次出現(xiàn)。電弧作為一類常見電氣故障，在30v的電壓下就能持續(xù)存在且中心溫度可瞬間超過2000℃，而電池包中電氣連接點(diǎn)眾多，通常具有引發(fā)電弧的電壓條件，若電池?zé)崾Э剡^程中通過固體噴射物引發(fā)電弧故障，可能會進(jìn)一步加劇熱失控進(jìn)程，對電池包中正常電池產(chǎn)生熱威脅，其危害性更加緊迫。
2、目前對于鋰離子電池?zé)崾Э貒娚溥^程引發(fā)電弧的研究較少，現(xiàn)有的電池安全標(biāo)準(zhǔn)和測試方法，通常側(cè)重于電池的基本性能指標(biāo)(如容量、充電速率、循環(huán)壽命等)，而對于熱失控過程中電氣安全性的評估和電弧引發(fā)的危險(xiǎn)性尚未得到充分的關(guān)注和研究。通過實(shí)驗(yàn)方法逐個(gè)工況進(jìn)行測試需要耗費(fèi)大量人力物力，還涉及高溫高壓條件下的高風(fēng)險(xiǎn)操作。因此，在不依賴復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的情況下，目前仍缺少一種簡便有效的方法來確定電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)擊穿電弧的安全電壓及電氣距離。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，能夠解決熱失控過程中電氣安全性的評估和電弧引發(fā)的危險(xiǎn)性的確認(rèn)方式不僅涉及高溫高壓條件下的高風(fēng)險(xiǎn)操作，還耗費(fèi)大量人力物力的問題。
2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、本發(fā)明提供一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其中，包括以下具體步驟：
4、s10：搭建電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺；
5、s20：設(shè)定工況范圍，在所述電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺中開展電池?zé)崾Э貒娚潆娀?shí)驗(yàn)，獲取臨界條件；
6、s30：基于電場強(qiáng)度計(jì)算公式，計(jì)算起弧臨界的電場強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化為電壓-電極間距關(guān)系式，得到安全邊界；
7、s40：調(diào)整電極放置高度，循環(huán)上述步驟，得到不同電極高度下電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界。
8、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法還可以做如下改進(jìn):
9、其中，所述搭建電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺的具體步驟包括：
10、第一步，將電池?zé)崾Э仉娀∧M實(shí)驗(yàn)平臺的各個(gè)部件對應(yīng)連接；
11、第二步，將用于引發(fā)電弧的金屬電極對向布置在電池排氣閥上方，通過夾具固定并接入電源供電線路。
12、進(jìn)一步的，所述電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺中的電信號采集采用帶有通信及數(shù)據(jù)存儲功能的高頻采集設(shè)備。
13、進(jìn)一步的，所述設(shè)定工況范圍，在所述電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺中開展電池?zé)崾Э貒娚潆娀?shí)驗(yàn)，獲取臨界條件的具體步驟包括：
14、第一步，參考實(shí)際電池包電壓及電氣部件間距數(shù)據(jù)，設(shè)定電壓及電極間距研究范圍，通過加熱或過充觸發(fā)電池?zé)崾Э兀?/p>
15、第二步，分析高頻采集設(shè)備獲取的電池噴射過程的電信號數(shù)據(jù)，結(jié)合電壓、電流信號瞬時(shí)變化率及時(shí)間窗口均值判斷有無電弧發(fā)生；
16、第三步，重復(fù)上述步驟，獲得不同電壓、電極間距的電弧發(fā)生情況，提取引發(fā)電弧的臨界條件。
17、進(jìn)一步的，電壓、電流信號瞬時(shí)變化率閾值由實(shí)驗(yàn)實(shí)測獲得。
18、進(jìn)一步的，時(shí)間窗口設(shè)置為采樣間隔的1-2倍。
19、進(jìn)一步的，所述基于電場強(qiáng)度計(jì)算公式，計(jì)算起弧臨界的電場強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化為電壓-電極間距關(guān)系式，得到安全邊界的具體步驟包括：
20、第一步，建立電池噴射物引發(fā)電弧的理論模型，分析電場強(qiáng)度邊界條件；
21、第二步，基于電場強(qiáng)度計(jì)算公式及邊界條件，結(jié)合臨界起弧條件得到電壓-電極間距關(guān)系式，獲得安全邊界。
22、進(jìn)一步的，所述將用于引發(fā)電弧的金屬電極對向布置在電池排氣閥上方，通過夾具固定并接入電源供電線路的步驟中：
23、所述金屬電極為高熔點(diǎn)的銅或者鎢，所述夾具為剛性夾具，設(shè)置有絕緣隔離，以防止電池劇烈噴射導(dǎo)致電極晃動(dòng)、脫落等造成的誤差。
24、進(jìn)一步的，所述參考實(shí)際電池包電壓及電氣部件間距數(shù)據(jù)，設(shè)定電壓及電極間距研究范圍，通過加熱或過充觸發(fā)電池?zé)崾Э氐木唧w步驟包括：
25、所述實(shí)驗(yàn)工況從電極間距設(shè)定下限開始，采用二分法從設(shè)定電壓上限進(jìn)行測試，以高效逼近最嚴(yán)格起弧臨界條件，避免出現(xiàn)工況遺漏影響安全邊界結(jié)果準(zhǔn)確性。
26、進(jìn)一步的，所述建立電池噴射物引發(fā)電弧的理論模型的具體步驟包括：
27、結(jié)合實(shí)驗(yàn)記錄的電弧現(xiàn)象及電弧信號變化，觀察到電弧存在明顯的發(fā)生(電壓由基準(zhǔn)值下降)-持續(xù)(電壓不變或微變)-消失(電壓上升至基準(zhǔn)值)階段特征，假設(shè)引發(fā)電弧的高速噴射物為從電極電場中間通過的均勻顆粒簇，由引發(fā)電弧的高速噴射物建立電池噴射物引發(fā)電弧理論模型，得到顆粒簇引發(fā)電弧位移過程中電場強(qiáng)度邊界條件。
28、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法的有益效果是：
29、(1)通過開展電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)獲得臨界起弧條件，基于噴射物引發(fā)電弧理論模型獲得邊界條件，進(jìn)而通過電場強(qiáng)度計(jì)算得到電壓-電極間距關(guān)系式，獲得電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界，彌補(bǔ)領(lǐng)域方法空白。
30、(2)該方法有效減少了電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)測試成本，獲得的安全邊界可為電池組電氣安全設(shè)計(jì)提供參考，如電池系統(tǒng)內(nèi)不同電壓等級下的電氣間隙設(shè)置等。
1.一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，包括以下具體步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述搭建電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺的具體步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺中的電信號采集采用帶有通信及數(shù)據(jù)存儲功能的高頻采集設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述設(shè)定工況范圍，在所述電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧實(shí)驗(yàn)平臺中開展電池?zé)崾Э貒娚潆娀?shí)驗(yàn)，獲取臨界條件的具體步驟包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，電壓、電流信號瞬時(shí)變化率閾值由實(shí)驗(yàn)實(shí)測獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，時(shí)間窗口設(shè)置為采樣間隔的1-2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述基于電場強(qiáng)度計(jì)算公式，計(jì)算起弧臨界的電場強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化為電壓-電極間距關(guān)系式，得到安全邊界的具體步驟包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述將用于引發(fā)電弧的金屬電極對向布置在電池排氣閥上方，通過夾具固定并接入電源供電線路的步驟中：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述參考實(shí)際電池包電壓及電氣部件間距數(shù)據(jù)，設(shè)定電壓及電極間距研究范圍，通過加熱或過充觸發(fā)電池?zé)崾Э氐木唧w步驟包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電池?zé)崾Э貒娚湟l(fā)電弧的安全邊界確定方法，其特征在于，所述建立電池噴射物引發(fā)電弧的理論模型的具體步驟包括：